WO2022175372A1 - Hochdruckwalzenpresse mit vibrierenden seitenwänden - Google Patents

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WO2022175372A1
WO2022175372A1 PCT/EP2022/053909 EP2022053909W WO2022175372A1 WO 2022175372 A1 WO2022175372 A1 WO 2022175372A1 EP 2022053909 W EP2022053909 W EP 2022053909W WO 2022175372 A1 WO2022175372 A1 WO 2022175372A1
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roller
vibration
pressure roller
nip
pressure
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PCT/EP2022/053909
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Inventor
Niko Hachenberg
Original Assignee
Khd Humboldt Wedag Gmbh
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    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/28—Details
    • B02C4/32—Adjusting, applying pressure to, or controlling the distance between, milling members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
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    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
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    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/28—Details
    • B02C4/283—Lateral sealing shields
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C4/00—Crushing or disintegrating by roller mills
    • B02C4/28—Details
    • B02C4/42—Driving mechanisms; Roller speed control
    • B02C4/423—Driving mechanisms; Roller speed control with vibrating or oscillating mechanisms

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure roller press for comminuting brittle ground material, having at least two grinding rollers arranged next to one another and rotating in opposite directions, which form a roller gap between them, with a first grinding roller being a fixed roller and a second grinding roller being a floating roller, and each a side wall at the two ends of the nip.
  • High-pressure roller presses are often used to crush or compact brittle, granular ground material, such as ores and rocks form a narrow nip.
  • the ground material to be crushed or to be compacted is drawn through this nip, the ground material being crushed or compressed under the high pressure that prevails in the nip of the rollers.
  • the result of this treatment namely crushing or compaction, depends to a large extent on the material properties of the ground material to be crushed.
  • the comminution in the nip described here without shearing and also without impact was first described by Schönert et al. described in the German patent application DE 27 08 053 A1 as high-pressure comminution and since then it has been regarded as a genus of comminution types in addition to grinding by shearing and breaking.
  • High-pressure roller presses for crushing granular material according to the Schönert method are fundamentally different from other presses that are used to crush other goods.
  • high-pressure roller presses that are intended for crushing rock not comparable to roller presses, for example for crushing grain.
  • Grain is crushed in grain rollers.
  • Grain rollers have weights in the range of a maximum of 100 kg.
  • the entire apparatus structure of a grain roller differs greatly from that of high-pressure roller presses.
  • Grain rollers also work with shearing.
  • High pressure roll presses are also significantly different from strip mills for rolling steel.
  • Steel strip rollers are characterized by their smooth running, which is required for use.
  • the steel between the strip rolls is either very ductile because the steel to be rolled is hot worked, or the steel is cold workable.
  • the smoothness of a steel roll is quite high. It is thus possible to operate a belt roller with two hori zontal rollers arranged one above the other, the nip pressure can be generated by the dead weight of the rollers and also by hydraulic auxiliary means.
  • the steel to be rolled passes the nip of a strip roller in a horizontal direction, namely perpendicular to the force of gravity, which presses the upper grinding roller onto the strip steel.
  • strip rollers reach a nip speed of up to 200 km/h.
  • Steel belt rolling is quite comparable to a cake dough roller that rolls over a raw pizza dough and thereby spreads the pizza dough, although the forces acting in a steel belt roller are many orders of magnitude greater.
  • High-pressure roller presses for crushing ores and rock usually have rollers arranged horizontally next to one another with egg ner passage of the ground material in the vertical direction. The roller gap speeds in high-pressure roller presses for crushing ores and rock reach speeds in the lower two-digit km/h range at most. Strip rollers for steel therefore work in a different operational extreme than high-pressure roller presses.
  • Strip rollers run quickly and smoothly, deforming ductile steel that deforms under the roller.
  • High-pressure roller presses run slowly, and in the nip, the brittleness of the regrind spontaneously and suddenly gives way to the pressure in the nip.
  • the rollers lie horizontally next to one another and form a nip through which the regrind runs vertically.
  • High-pressure roller presses have a roll nip pressure of 50 MPa and more.
  • the overall mechanical behavior of the high-pressure roll press cannot be compared with the mechanical behavior of vertically stacked strip rolls, which also show a damped and even run due to the ductility of the steel to be rolled .
  • the ground material in a high-pressure roller press is inhomogeneously permeated with air, the ground material has the opportunity to escape into the air space when passing through the roller gap and thus avoid the high pressure in the roller gap, which significantly reduces the shredding capacity of the high-pressure roller press. Furthermore, this can cause the high-pressure roller press to run unevenly, in that the rollers perform a rotational vibration, because the drive of the high-pressure roller press rollers is repeatedly braked and runs freely again. This abrupt change in load continues throughout the high-pressure roller press and is noticeable as vibration throughout the high-pressure roller press. Under unfavorable conditions, the vibration can continue into the foundation and, under unfavorable circumstances, even damage the foundation.
  • Feeding devices for regrind are known in such a high-pressure roller press, which vary the inflow of the regrind in a controlled manner, so that there is a constant heaping cone in the Forms space between the two counter-rotating rolls.
  • this type of action on the roller gap is not sufficient to ensure vibration-free operation of the high-pressure roller press and to achieve continuous operation of the entire shredding machine as a high-pressure roller press.
  • Uneven grain distribution in the ground material and air inclusions in the bed cannot always be sufficiently evened out by simply controlling the material cone in the space between the counter-rotating rollers.
  • the German utility model DE 202009014079 U1 proposes arranging vibration rods, such as those known from concrete casting technology as concrete vibrators, in the feed device, which reach close to the compaction zone of the ground material to be crushed.
  • the vibrating bars deaerate the ground material by fluidizing it and thus ensure that it runs more evenly. In actual operation, it has been shown that the vibrating bars are not sufficient for the harsh conditions in the high-pressure roller press.
  • the vibrating rods are worn out too quickly or even bent by the material to be ground.
  • the service life of concrete vibrators or metal rods that are made to vibrate with the help of the concrete vibrator is not sufficient to ensure a sufficiently long operation without the high-pressure roller press stopping.
  • German patent application DE 102011 018705 A1 teaches how to regulate the hydraulics that maintain the pressure in the nip after the vibration of the high-pressure roll zenpress. This control leads to smooth and even running of the high-pressure roller press.
  • the present invention addresses the pressure distribution along the nip roll from the center of the nip to both ends of the roll nip. Because the nip is open on both sides, the material to be ground flows along the compaction zone, which begins just above the nip and extends into the nip. This flow motion results in a flow of material from the center of the nip to the two ends of the nip. Since the material to be ground can flow out of the nip at the ends of the nip, the grind follows the pressure gradient in the nip and thus avoids compression.
  • the object of the invention is therefore to equalize the pressure distribution along the roller gap.
  • each side wall has a vibration device which causes the side wall to vibrate mechanically.
  • the side walls of the high-pressure roller press which close the nip, are caused to vibrate mechanically by a vibration device.
  • the mechanical vibrations fluidize the material to be ground and thus make it easier to pass through the nip, so that the nip pressure in the area of the ends of the nip is constantly increased. Since the nip pressure is a quotient of the contact area, namely the height of the compaction zone above the nip, and the product of the height of the actual compaction zone times the length of the nip, the nip pressure decreases in the middle of the nip and increases at the ends of the nip .
  • the nip pressure is evened out over the length of the nip.
  • This equalization of pressure means that the loose roller does not wobble, ie it does not oscillate in rotation by fractions of an angular degree around a vertical axis.
  • the high-pressure roller press works with constant efficiency over a longer period of time.
  • the wear pattern of the grinding rollers is also made more even, so that the grinding rollers are not narrowed as much as a result of wear.
  • the energy input of the vibration device into the material to be ground is advantageously dimensioned such that the vibration device operates at a frequency between 10 Hz and 150 Hz, preferably at a frequency between 10 Hz and 60 Hz and feeds an energy input of between 0.1 kJ/m 3 and 10 kJ/m 3 , preferably between 0.1 kJ/m 3 and 1.0 kJ/m 3 into the ground material.
  • the design required for this can be determined by simple experimental measurement.
  • the energy input depends on the exact geometry of the side wall, which shows a wave pattern that is individual to the given geometry when it vibrates.
  • the wave pattern is responsible for the points at which the energy is introduced into the material to be ground.
  • the simple experiment requires the measurement of power consumption and mass flow, which can be determined by weighing the material to be ground.
  • the vibration device has a control device or is connected to one which controls the vibration intensity according to the energy consumed for operation, with increased energy consumption resulting in a reduction in vibration intensity and reduced energy consumption in an increase in Vibration intensity results.
  • This control strategy prevents the side wall from interfering too much with the grinding behavior and being damaged in the process.
  • the control strategy can also include control according to the energy consumption of the roller drive. It can therefore be provided that the control device regulates cumulatively or alternatively according to the energy consumption of a roller drive, with increased energy consumption of the roller drive resulting in a reduction in vibration intensity and reduced energy consumption in an increase in vibration intensity.
  • This control strategy takes into account the fact that when a fluidization effect develops in the material to be ground, the mean pressure in the roll gap increases and requires a high drive power from the grinding rolls. However, operation with high drive power is not necessarily the most energy-efficient drive.
  • regulation can be carried out cumulatively or alternatively. It can be provided that the vibration device additionally after the gap width of the roller nip is regulated, with an increased gap width resulting in an increase in vibration intensity and a reduced gap width in a reduction in vibration intensity.
  • This control strategy takes into account the observable effect that the nip spreads when the nip is overfilled. Fluidizing the regrind helps eliminate the temporary overfill effect.
  • Yet another cumulative or alternative control strategy can include that the vibrating device is additionally controlled according to the tendency of the floating roller to rotate about a vertical axis, with the vibration intensity increasing as the torsional vibration frequency of the floating roller increases and vice versa.
  • This control strategy includes avoiding a wobbling movement of the floating roller by fractions of an angular degree, the wobbling occurring at a frequency of less than 0.1 Hz.
  • This control strategy involves rather slow changes in parameters with a greater response time than is the case with the previous control strategies.
  • Position sensors on the bearings can be used to measure the wobbling movement, which measures the relative distance between the roll axes of both axes at both ends of the rolls and stores them over a longer period of time in the range from 1 min to 10 min for a statistical analysis of the wobbling movement.
  • vibration device impulsively.
  • a manual triggering device is provided for the vibration device.
  • an operator operates the release device when an overfill in the nip is detected.
  • FIG. 1 shows a sketch of a high-pressure roller press according to the invention in a side view
  • FIG. 2 Top view of a nip of a high-pressure roller press covered with material to be ground without side walls, here in a view of the grinding rollers
  • Fig. 3 Top view of a nip of a high-pressure roller press with side walls from the PRIOR ART covered with regrind
  • Fig. 4 Top view of a covered with regrind nip of a high-pressure roller press according to the Invention.
  • FIG. 1 shows a sketch of a high-pressure roller press 100 according to the invention in a side view.
  • the high-pressure roller press 100 according to the invention for comminuting brittle material to be ground M has at least two grinding rollers 110, 120 arranged next to one another and rotating in opposite directions.
  • the two grinding rollers 110, 120 form between them a whale zenspalt W, through which the material to be ground M is drawn with little or no relative slippage of the grinding rollers 110, 120.
  • a first grinding roller (110) is a fixed roller and a second grinding roller 120 is a floating roller.
  • the floating roller 120 has two degrees of freedom of movement.
  • each side wall 150, 150' has a vibration device which causes mechanical vibrations in each side wall 150, 150'. This mechanical vibration is transmitted into the grist M, which is near each end of the whale zenspaltes W and flows on or in the compaction zone. This vibration fluidizes the ground material M, thereby helping it to pass through the roller nip W, which is at a pressure of 50 MPa or higher.
  • FIG. 2 shows a top view of a nip W of a high-pressure roller press 100 covered with material to be ground M without side walls 150, 150′, shown here in a view of the grinding rollers 110, 120.
  • the ground material M lays down as a bed on the nip W and covers the nip W.
  • Arrows are drawn on the ground material M, which indicate the approximate flow movement of the ground material M on the Roll gap W show up in the area of the compaction zone.
  • the actual movement of a ground material particle is not necessarily the length of the arrows, but can also only move a fraction of it along the paths of the arrows. To the right of the sketch in FIG.
  • a diagram is shown that represents the possible pressure p in the nip W as position x along the nip W.
  • the pressure drop in the nip W towards the ends is very large, so that the pressure in the nip W in the area of the roll ends drops sharply by more than 50 MPa. As a result, there is no longer any efficient comminution by compaction in the area of the roller gap ends.
  • FIG. 3 shows a plan view of a nip W of a high-pressure roller press 100 covered with material to be ground M, with static side walls 150, 150′, shown here in a view of the grinding rollers 110, 120.
  • the pressure drop in the nip W to the roll shoulder, ie in the area of one end of the nip, is significantly reduced compared to the arrangement in FIG. 1, but is still present. This effect is called the "edge zone effect".
  • This effect is partly caused by the friction on the sidewall.
  • the sidewall forms a flow barrier and the resulting friction increases with increasing baling pressure because the back pressure on the sidewall surface increases.
  • the stronger the material from the gap is pressed against the side wall the greater the coefficient of friction and thus less material flows into the edge zone of the gap. This reduces the material bed compression and thus the resulting pressure in the edge zone accordingly. This tends to lead to an approximately bell-shaped pressure distribution along the nip.
  • FIG. 4 shows a plan view of a nip W of a high-pressure roller press 100 according to the invention, covered with material to be ground M, with vibrating side walls 150, 150′, shown here in a view of the grinding rollers 110, 120.
  • the vibration is generated by a vibration device 160, the intensity is optionally controlled by a control device 170. Due to the side wall (150, 150') vibrating in each case, the pressure at the ends of the roller gap W remains in place because the material to be ground M can flow unhindered into the roller gap W. The vibration helps the material to be ground M in the nip passage.
  • the unimpeded flow of material along the entire width of the roll ensures a uniform pressure profile and uniform wear of the grinding rolls 110 and 120, so that the narrowing is not so pronounced.
  • High-pressure roller press A axis grinding roller M regrind grinding roller W nip side wall ' side wall vibration device ' vibration device control device

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckwalzenpresse (100) zur Zerkleinerung von sprödem Mahlgut (M), aufweisend, mindestens zwei nebeneinander angeordneten und mit gegensinnigem Drehsinn rotierenden Mahlwalzen (110, 120), die zwischen sich einen Walzenspalt (W) bilden, wobei eine erste Mahlwalze (110) eine Festwalze ist und eine zweite Mahlwalze (120) eine Loswalze ist, und je eine Seitenwand (150, 150') an den beiden Enden des Walzenspaltes (W) Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die je eine Seitenwand (150, 150') eine Vibrationsvorrichtung (160) aufweist, welche die je eine Seitenwand (150, 150') in mechanische Schwingungen versetzt.

Description

Hochdruckwalzenpresse mit vibrierenden Seitenwänden
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckwalzenpresse zur Zerkleinerung von sprö dem Mahlgut, aufweisend, mindestens zwei nebeneinander angeordnete und mit gegensinnigen Drehsinn rotierenden Mahlwalzen, die zwischen sich einen Wal zenspalt bilden, wobei eine erste Mahlwalze eine Festwalze ist und eine zweite Mahlwalze eine Loswalze ist, und je eine Seitenwand an den beiden Enden des Walzenspaltes.
Zur Zerkleinerung oder Kompaktierung von sprödem, körnigem Mahlgut, wie Erze und Gestein, werden häufig Hochdruckwalzenpressen verwendet, welche aus zwei nebeneinander angeordneten, gegenläufigen und in der Regel gleich gro ßen, drehbar gelagerten Presswalzen bestehen, die mit gleicher Umfangsge schwindigkeit umlaufen und zwischen sich einen schmalen Walzenspalt bilden. Durch diesen Walzenspalt wird das zu zerkleinernde oder zu kom paktierende Mahlgut gezogen, wobei das Mahlgut unter dem hohen Druck, der im Walzen spalt herrscht, zerkleinert oder verdichtet wird. Das Ergebnis dieser Behandlung, nämlich Zerkleinerung oder Verdichtung, ist zum großen Teil abhängig von den Materialeigenschaften des zu zerkleinernden Mahlguts. Die hier beschriebene Zerkleinerung im Walzenspalt ohne Scherung und auch ohne Schlag wurde erst mals von Schönert et al. in der deutschen Offenlegungsschrift DE 27 08 053 A1 als Hochdruckzerkleinerung beschrieben und sie gilt seither als eine Gattung der Zerkleinerungsarten neben dem Mahlen durch Scheren und dem Brechen.
Hochdruckwalzenpressen zur Zerkleinerung von körnigem Gut nach Schönert un terscheiden sich grundsätzlich von anderen Pressen, die zur Zerkleinerung ande rer Güter eingesetzt werden. Insbesondere sind Hochdruckwalzenpressen, die zur Zerkleinerung von Gestein gedacht sind, nicht vergleichbar mit Walzenpres sen, etwa zur Zerkleinerung von Getreide. In Getreidewalzen wird Getreide zer rieben. Getreidewalzen haben Gewichte im Bereich von maximal 100 kg. Der ge samte apparative Aufbau einer Getreidewalze unterscheidet sich sehr stark von Hochdruckwalzenpressen. Getreidewalzen arbeiten darüber hinaus scherend. Hochdruckwalzenpressen arbeiten dagegen ohne Scherung. Das bedeutet, die beiden Mahlwalzen haben im Walzenspalt eine exakt gleiche Oberflächenge schwindigkeit und weisen beim Lauf keinen wechselseitigen Schlupf auf.
Hochdruckwalzenpressen unterscheiden sich auch erheblich von Bandwalzen zum Walzen von Stahl. Stahlbandwalzen zeichnen sich durch ihren einsatzbe dingten ruhigen Lauf aus. Der Stahl zwischen den Bandwalzen ist entweder sehr duktil, weil der zu walzende Stahl heißverformt wird, oder aber der Stahl ist kalt verformbar. In der Folge ist die Laufruhe einer Stahlwalze aufgrund der Natur des Walzverfahrens recht groß. Es ist somit möglich, eine Bandwalze mit zwei hori zontal übereinander angeordneten Walzen zu betreiben, wobei der Walzenspalt druck durch das Eigengewicht der Walzen und auch durch hydraulische Hilfsmit tel erzeugt werden kann. Der zu walzende Stahl passiert den Walzenspalt einer Bandwalze in horizontaler Richtung, nämlich senkrecht zur Schwerkraft, welche die obere Mahlwalze auf den Bandstahl aufdrückt. Bandwalzen erreichen je nach zu walzendem Stahl eine Walzenspaltgeschwindigkeit von bis zu 200 km/h. Stahlbandwalzen ist durchaus vergleichbar mit einer Kuchenteigwalze, die über einen rohen Pizzateig rollt und dabei den Pizzateig ausbreitet, wenngleich die wirkenden Kräfte in einer Stahlbandwalze um viele Größenordnungen größer sind. Hochdruckwalzenpressen zur Zerkleinerung von Erzen und Gestein weisen hingegen in der Regel horizontal nebeneinander angeordnete Walzen auf mit ei ner Passage des Mahlguts in vertikaler Richtung. Dabei erreichen die Wal zenspaltgeschwindigkeiten in Hochdruckwalzenpressen zur Zerkleinerung von Erzen und Gestein allenfalls Geschwindigkeiten im unteren zweistelligen km/h Bereich. Bandwalzen für Stahl arbeiten also in einem anderen Betriebsextrem als Hoch druckwalzenpressen. Bandwalzen laufen schnell und gleichmäßig und verformen duktilen Stahl, der sich unter der Walze verformt. Hochdruckwalzenpressen lau fen langsam, und im Walzenspalt weicht das Mahlgut durch Sprödigkeit spontan und plötzlich dem Druck im Walzenspalt aus. In Hochdruckwalzenpressen liegen die Walzen horizontal nebeneinander und bilden einen Walzenspalt aus, in dem das Mahlgut vertikal hindurchläuft. Hochdruckwalzenpressen weisen einen Wal zenspaltdruck von 50 MPa und mehr auf. Durch die horizontale Anordnung der Walzen nebeneinander und durch den Betrieb mit sprödem Material ist das ge samte mechanische Verhalten der Hochdruckwalzenpresse nicht mit dem me chanischen Verhalten vertikal übereinanderliegender Bandwalzen vergleichbar, die darüber hinaus durch die Duktilität des zu walzenden Stahls einen gedämpf ten und gleichmäßigen Lauf zeigen.
Sofern das Mahlgut in einer Hochdruckwalzenpresse inhomogen mit Luft durch setzt ist, bietet sich dem Mahlgut bei der Passage durch den Walzenspalt die Möglichkeit, in den Luftraum auszuweichen und so dem hohen Druck im Walzen spalt auszuweichen, wodurch die Zerkleinerungsleistung der Hochdruckwalzen presse erheblich verringert wird. Des Weiteren kann dadurch die Hochdruckwal zenpresse veranlasst werden, ungleichmäßig zu laufen, in dem die Walzen eine Rotationsschwingung ausführen, weil der Antrieb der Hochdruckrollenpressen walzen wiederholend gebremst wird und wieder freiläuft. Dieser abrupte Last wechsel setzt sich in der gesamten Hochdruckwalzenpresse fort und ist als Vibra tion der gesamten Hochdruckwalzenpresse bemerkbar. Bei ungünstigen Bedin gungen kann sich die Vibration bis in das Fundament fortsetzen und unter un günstigen Umständen sogar das Fundament beschädigen.
Um für einen gleichmäßigen und ruhigen Lauf der Hochdruckwalzenpresse den Walzenspalt gleichmäßig mit Mahlgut zu beaufschlagen, sind Aufgabevorrichtun gen für Mahlgut in solch einer Hochdruckwalzenpresse bekannt, die den Zufluss des Mahlguts geregelt variieren, so dass sich ein konstanter Schüttkegel im Raum zwischen den beiden gegenläufigen Walzen ausbildet. Je nach Art und Konsistenz des Mahlgutes reicht diese Art der Beaufschlagung des Walzenspal tes aber nicht aus, um einen vibrationsfreien Lauf der Hochdruckrollenpressen walzen zu gewährleisten und um eine kontinuierliche Arbeitsweise der gesamten Zerkleinerungsmaschine als Hochdruckwalzenpresse zu erreichen. Ungleichmä ßige Kornverteilung im Mahlgut und Lufteinschlüsse in der Schüttung sind durch eine alleinige Regelung des Schüttkegels im Raum zwischen den gegenläufigen Walzen nicht immer in genügendem Maße zu vergleichmäßigen.
In dem deutschen Gebrauchsmuster DE 202009014079 U1 wird vorgeschla gen, Vibrationsstäbe, etwa wie sie aus der Betongusstechnik als Betonrüttler be kannt sind, in der Aufgabevorrichtung anzuordnen, die bis nahe an die Kompakti onszone des zu zerkleinernden Mahlguts heranreichen. Die Vibrationsstäbe ent lüften das Mahlgut durch dessen Fluidisierung und sorgen so für einen gleichmä ßigeren Lauf. Im tatsächlichen Betrieb hat sich gezeigt, dass die Vibrationsstäbe den rauen Bedingungen in der Hochdruckwalzenpresse nicht genügen. Die Vib rationsstäbe werden durch das Mahlgut zu schnell verschlissen oder sogar ver bogen. Die Standzeit von Betonrüttlern oder von Metallstangen, die mit Hilfe des Betonrüttlers in Vibration versetzt werden reicht nicht aus, um einen ausreichend langen Betrieb ohne Stillstand der Hochdruckwalzenpresse zu gewährleisten.
Um die Oberfläche der Walzen von Hochdruckwalzenpressen bis nahe am Belas tungsmaximum betreiben zu können und dadurch die Mahleffizienz zu maximie ren, ist es sehr wichtig, dass eine Überlast der Oberfläche der Mahlwalzen in Form eines zu hohen Walzenspaltdrucks sicher ausgeschlossen werden kann. Anderenfalls, nämlich bei Betrieb im Überlastbereich, kann es zu Oberflächen ausbrüchen auf der Mahlwalzenoberfläche kommen, bei denen die Oberflächen vergütung an den ausgebrochenen Stellen verloren geht. Durch die Ausbrüche in der Oberfläche einer Mahlwalze ist es nicht mehr möglich, die Hochdruckwalzen presse gleichmäßig zu betrieben. Die Mahlwalze geht durch die Oberflächenaus- brüche zwangsläufig in einen schlagenden Betrieb über, weil der Walzenspalt druck bei Passage der Oberflächenausbrüche schlagartig abfällt und schlagartig wieder ansteigt, wenn die ausgebrochene Oberflächenstelle den Walzenspalt wieder verlässt.
Für den optimalen Betrieb einer Hochdruckwalzenpresse ist es wichtig, dass der Druck im Walzenspalt über die Zeit möglichst nicht variiert. Hierzu wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE 102011 018705 A1 gelehrt, die den Druck im Walzenspalt aufrechterhaltende Hydraulik nach der Vibration der Hochdruckwal zenpresse zu regeln. Diese Regelung führt zu einem ruhigen und gleichmäßigen Lauf der Hochdruckwalzenpresse.
Die vorliegende Erfindung widmet sich der Druckverteilung entlang des Wal zenspaltes von der Mitte des Walzenspaltes bis zu den beiden Enden des Wal zenspaltes. Dadurch, dass der Walzenspalt zu beiden Seiten offen ist, findet im Mahlgut entlang der Kompaktionszone, die kurz oberhalb des Walzenspaltes be ginnt und sich bis in den Walzenspalt hineinzieht, eine Fließbewegung des Mahl guts statt. Diese Fließbewegung resultiert in einem Materialfluss von der Mitte des Walzenspaltes zu den beiden Enden des Walzenspaltes. Da das Mahlgut an den Walzenspaltenden aus dem Walzenspalt herausfließen kann, folgt das Mahl gut dem Druckgefälle im Spalt und weicht so der Kompression aus.
Der zuvor beschriebene und unerwünschte Druckabfall von der Mitte des Wal zenspaltes zu den beiden Enden ist auch mit einer gleichmäßigen Beschickung des Walzenspaltes durch eine Aufgabevorrichtung von oben nicht vollständig zu beseitigen. In Folge dieses Druckabfalls ist der Druck in der Mitte des Wal zenspaltes größer. Die Loswalze in der Hochdruckwalzenpresse neigt dadurch dazu, um den Druckpunkt in der Mitte des Walzenspaltes eine Schwingungsbe wegung um eine vertikale Achse durchzuführen, wobei die Schwingungsfrequenz 0,1 Hz oder auch geringer ist. Der Walzenspalt ist dadurch zweitweise nicht im mer gleichbreit, sondern wie ein Keil geformt, wobei der größte Walzenspaltdruck in der Mitte der Mahlwalze vorhanden ist. Die Mahlwalze leidet so im längeren Betrieb unter einem Schleiß, der die zylindrischen Mahlwalze zu einer taillierten Form überführt. Eine so verformte Mahlwalze ist für den weiteren Einsatz un brauchbar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Druckverteilung entlang des Walzenspal tes zu vergleichmäßigen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die je eine Seitenwand eine Vibrationsvorrichtung aufweist, welche die Seitenwand in mechanische Schwingungen versetzt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unter ansprüchen zu Anspruch 1 angegeben.
Nach dem Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, die Seitenwände der Hoch druckwalzenpresse, welche den Walzenspalt verschließen, durch eine Vibrations vorrichtung in mechanische Schwingungen zu versetzen. Die mechanischen Schwingungen fluidisieren das Mahlgut und erleichtern so die Spaltpassage, so dass der Walzenspaltdruck im Bereich der Walzenspaltenden gleichbleibend er höht wird. Da der Walzenspaltdruck ein Quotient aus der Andruckfläche, nämlich die Höhe der Kompaktionszone über dem Walzenspalt, und dem Produkt aus Höhe der tatsächlichen Kompaktionszone mal der Länge des Walzenspaltes ist, verringert sich der Walzenspaltdruck in der Mitte des Walzenspaltes und erhöht sich an den Enden des Walzenspaltes. In der Folge vergleichmäßigt sich der Walzenspaltdruck über die Länge des Walzenspaltes. Diese Druckvergleichmäßi gung führt dazu, dass die Loswalze nicht taumelt, also keine Rotationsschwin gung um Bruchteile eines Winkelgrades um eine vertikale Achse durchführt.
Ohne diese Taumelbewegung arbeitet die Hochdruckwalzenpresse über einen größeren Zeitraum mit gleichbleibender Effizienz. Auch wird das Schleißbild der Mahlwalzen vergleichmäßigt, so dass sich keine so starke Taillierung der Mahl walzen durch Schleiß ausbildet.
In vorteilhafter Weise ist der Energieeintrag der Vibrationsvorrichtung in das Mahlgut so bemessen, dass die Vibrationsvorrichtung mit einer Frequenz zwi schen 10 Hz und 150 Hz arbeitet, bevorzugt mit einer Frequenz zwischen 10 Hz und 60 Hz arbeitet und einen Energieeintrag zwischen 0,1 kJ/m3 und 10 kJ/m3, bevorzugt zwischen 0,1 kJ/m3 und 1 ,0 kJ/m3 in das Mahlgut leitet. Die hierzu not wendige Auslegung kann durch einfache experimentelle Messung bestimmt wer den. Der Energieeintrag hängt von der exakten Geometrie der Seitenwand ab, die bei Vibration ein für die vorliegende Geometrie ein individuelles Wellenmuster zeigt. Das Wellenmuster wiederum ist dafür verantwortlich, an welchen Stellen der Energieeintrag in das Mahlgut geschieht. Das einfache Experiment erfordert die Messung der Stromaufnahme und des Massenflusses, den man durch Wie gen des passierten Mahlguts ermitteln kann.
Im Betrieb hat sich herausgestellt, dass es ein Optimum für den Energieeintrag gibt. So kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Vibrationsvorrich tung eine Regelvorrichtung aufweist oder mit einer solchen verbunden ist welche die Vibrationsintensität nach deren aufgenommener Energie zum Betrieb regelt, wobei eine erhöhte Energieaufnahme in einer Verringerung der Vibrationsintensi tät und eine verringerte Energieaufnahme in einer Erhöhung der Vibrationsinten sität resultiert. Diese Regelstrategie vermeidet, dass die Seitenwand zu stark in das Mahlverhalten eingreift und dabei selbst Schaden nimmt.
Die Regelstrategie kann auch eine Regelung nach der Energieaufnahme des Walzenantriebs umfassen. Es kann also vorgesehen sein, dass die Regelvorrich tung kumulativ oder alternativ nach der Energieaufnahme eines Walzenantriebs regelt, wobei eine erhöhte Energieaufnahme des Walzenantriebs in einer Verrin gerung der Vibrationsintensität und eine verringerte Energieaufnahme in einer Er höhung der Vibrationsintensität resultiert. Diese Regelstrategie berücksichtigt die Tatsache, dass bei Ausbildung eines Fluidisierungseffektes im Mahlgut der mitt lere Druck im Walzenspalt steigt und eine hohe Antriebsleistung der Mahlwalzen erfordert. Der Betrieb mit hoher Antriebsleistung ist aber nicht unbedingt der energieeffizienteste Antrieb.
Schließlich kann noch eine Regelung kumulativ oder alternativ vorgenommen werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Vibrationsvorrichtung zusätzlich nach der Spaltbreite des Walzenspaltes geregelt wird, wobei eine vergrößerte Spalt breite in einer Erhöhung der Vibrationsintensität und eine verringerte Spaltbreite in einer Verringerung der Vibrationsintensität resultiert. Diese Regelstrategie be rücksichtigt den beobachtbaren Effekt, dass sich bei Überfüllung des Walzenspal tes der Walzenspalt ausbreitet. Eine Fluidisierung des Mahlguts hilft, den kurzzei tigen Überfüllungseffekt zu beseitigen.
Noch eine weitere kumulative oder alternative Regelstrategie kann umfassen, dass die Vibrationsvorrichtung zusätzlich nach der Neigung der Loswalze zur Ro tation um eine vertikale Achse geregelt wird, wobei mit zunehmender Dreh schwingungsfrequenz der Loswalze die Vibrationsintensität erhöht wird und um gekehrt. Diese Regelstrategie umfasst die Vermeidung einer Taumelbewegung der Loswalze um Bruchteile eines Winkelgrades, wobei das Taumeln mit einer Frequenz von weniger als 0,1 Hz geschieht. Diese Regelstrategie umfasst eher langsame Veränderungen von Parametern mit einer größeren Stellzeit als es bei den vorherigen Regelstrategien der Fall ist. Zum Messen der Taumelbewegung können Positionssensoren an den Lagern eingesetzt werden, welche den relati ven Abstand der Walzensachsen beider Achsen an beiden Enden der Walzen misst und über einen längeren Zeitraum im Bereich von 1 min bis 10 min für eine statistische Analyse der Taumelbewegung speichert.
Es ist auch möglich, die Vibrationsvorrichtung impulsiv zu nutzen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass eine manuelle Auslösevorrichtung für die Vibrationsvor richtung vorgesehen ist. Hierzu bedient ein Bedienpersonal die Auslösevorrich tung, wenn eine Überfüllung im Walzenspalt festgestellt wird.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Skizze einer erfindungsgemäßen Hochdruckwalzenpresse in einer Seitenansicht,
Fig. 2 Aufsicht auf einen mit Mahlgut bedeckten Walzenspalt einer Hochdruck walzenpresse ohne Seitenwände, hier in Ansicht auf die Mahlwalzen, Fig. 3 Aufsicht auf einen mit Mahlgut bedeckten Walzenspalt einer Hochdruck walzenpresse mit Seitenwände aus dem STAND DER TECHNIK,
Fig. 4 Aufsicht auf einen mit Mahlgut bedeckten Walzenspalt einer erfindungs gemäßen Hochdruckwalzenpresse.
In Figur 1 ist eine Skizze einer erfindungsgemäßen Hochdruckwalzenpresse 100 in einer Seitenansicht gezeigt. Die erfindungsgemäße Hochdruckwalzenpresse 100 zur Zerkleinerung von sprödem Mahlgut M weist mindestens zwei nebenei nander angeordnete und mit gegensinnigem Drehsinn rotierende Mahlwalzen 110, 120 auf. Die beiden Mahlwalzen 110, 120 bilden zwischen sich einen Wal zenspalt W, durch den das Mahlgut M ohne oder mit nur sehr geringem relativen Schlupf der Mahlwalzen 110, 120 gezogen wird. Eine erste Mahlwalze (110) ist eine Festwalze und eine zweite Mahlwalze 120 ist eine Loswalze. Die Loswalze 120 hat zwei Freiheitsgrade der Bewegung. Diese kann sich unter Verbreiterung des Walzenspaltes W von der Festwalze 110 entfernen und auch um die vertikale Achse A um Bruchteile eines Winkelgrades drehen. Um zu vermeiden, dass das Mahlgut M zur in der Bildebene liegende Öffnung des Walzenspaltes W fließt und dort herausfällt, ist zu beiden Öffnungen des Walzenspaltes W eine Seitenwand 150, 150' vorgesehen. Nach dem Gedanken der Erfindung weist je eine Seiten wandeine Vibrationsvorrichtung auf, welche die je eine Seitenwand 150, 150' in mechanische Schwingungen versetzt. Diese mechanische Schwingung wird in das Mahlgut M übertragen, das sich in der Nähe des jeweiligen Endes des Wal zenspaltes W befindet und auf oder in der Kompaktionszone fließt. Diese Schwin gung fluidisiert das Mahlgut M und hilft dadurch bei der Passage des Walzenspal tes W, in dem ein Druck von 50 MPa oder höher herrscht.
In Figur 2 ist eine Aufsicht auf einen mit Mahlgut M bedeckten Walzenspalt W ei ner Hochdruckwalzenpresse 100 ohne Seitenwände 150, 150', hier in Ansicht auf die Mahlwalzen 110, 120 gezeigt. Das Mahlgut M legt sich als Schüttung auf den Walzenspalt W und verdeckt den Walzenspalt W. Auf das Mahlgut M sind Pfeile eingezeichnet, welche die ungefähre Fließbewegung des Mahlguts M auf dem Walzenspalt W bis in den Bereich der Kompaktionszone zeigen. Die tatsächliche Bewegung eines Mahlgutpartikels beträgt dabei nicht unbedingt die Länge der Pfeile, sondern können sich auch nur einen Bruchteil davon entlang der Pfade der Pfeile bewegen. Rechts neben der Skizze in Figur 2 ist ein Diagramm abge bildet, dass als Position x entlang des Walzenspaltes W den etwaigen Druck p im Walzenspalt W darstellt. In dieser offenen Hochdruckwalzenpresse ist der Druck abfall im Walzenspalt W zu den Enden hin sehr groß, so dass der Druck im Wal zenspalt W im Bereich der Walzenenden von über 50 MPa stark abfällt. In Folge dessen findet in dem Bereich der Walzenspaltenden keine effiziente Zerkleine rung durch Kompaktierung mehr statt.
In Figur 3 ist eine Aufsicht auf einen mit Mahlgut M bedeckten Walzenspalt W ei ner Hochdruckwalzenpresse 100 mit statischen Seitenwänden 150, 150', hier in Ansicht auf die Mahlwalzen 110, 120 gezeigt. Der Druckabfall im Walzenspalt W zur Rollenschulter, also im Bereich eines Endes des Walzenspaltes, ist gegen über der Anordnung in Figur 1 deutlich reduziert aber immer noch vorhanden. Diesen Effekt nennt man „Randzoneneffekt“. Dieser Effekt wird teilweise durch die Reibung an der Seitenwand hervorgerufen. Die Seitenwand bildet eine Fließ barriere und die resultierende Reibung steigt mit zunehmendem Pressdruck da der Gegendruck an der Seitenwandoberfläche steigt. Je stärker das Material aus dem Spalt gegen die Seitenwand gepresst wird, desto größer wird der Reibungs koeffizient und somit fließt weniger Material in die Randzone des Spalts. Somit reduziert sich die Gutbettkompression und damit der resultierende Druck der Randzone endsprechend. Das führt eher zu einer etwa glockenförmigen Druck verteilung entlang des Walzenspaltes.
In Figur 4 ist eine Aufsicht auf einen mit Mahlgut M bedeckten Walzenspalt W ei ner erfindungsgemäßen Hochdruckwalzenpresse 100 mit vibrierenden Seiten wänden 150, 150', hier in Ansicht auf die Mahlwalzen 110, 120 gezeigt. Dabei wird die Vibration durch eine Vibrationsvorrichtung 160 erzeugt, deren Intensität gegebenenfalls durch eine Regelungsvorrichtung 170 geregelt wird. Durch die je weils vibrierende Seitenwand (150, 150') bleibt der Druck an den Enden des Wal zenspalts W bestehen da das Mahlgut M ungehindert in den Walzenspalt W ein strömen kann. Die Vibration hilft dem Mahlgut M bei der Walzenspaltpassage.
Der ungehinderte Materialfluss entlang der gesamten Walzenbreite sorgt für ein gleichmäßiges Druckprofil und einen gleichmäßigen Verschleiß der Mahlwalzen 110 und 120, so dass sich keine so starke Taillierung ausbildet.
Hochdruckwalzenpresse A Achse Mahlwalze M Mahlgut Mahlwalze W Walzenspalt Seitenwand ' Seitenwand Vibrationsvorrichtung ' Vibrationsvorrichtung Regelvorrichtung

Claims

1. Hochdruckwalzenpresse (100) zur Zerkleinerung von sprödem Mahlgut (M), aufweisend, mindestens zwei nebeneinander angeordnete und mit gegensinnigem Drehsinn rotierende Mahlwalzen (110, 120), die zwischen sich einen Walzenspalt (W) bilden, wobei eine erste Mahlwalze (110) eine Fest walze ist und eine zweite Mahlwalze (120) eine Loswalze ist, und je eine Seitenwand (150, 150') an den beiden Enden des Walzenspal tes (W), dadurch gekennzeichnet, dass die je eine Seitenwand (150, 150') eine Vibrationsvorrichtung (160) aufweist, welche die je eine Seitenwand (150, 150') in mechanische Schwingungen versetzt.
2. Hochdruckwalzenpresse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsvorrichtung (160) mit einer Frequenz zwischen 10 Hz und 150 Hz arbeitet, bevorzugt mit einer Frequenz zwischen 10 Hz und 60 Hz arbei tet und einen Energieeintrag zwischen 0,1 kJ/m3 und 10 kJ/m3, bevorzugt zwischen 0,1 kJ/m3 und 1 ,0 kJ/m3 in das Mahlgut (M) leitet.
3. Hochdruckwalzenpresse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsvorrichtung (160) eine Regelvorrichtung (170) aufweist, welche die Vibrationsintensität nach deren aufgenommener Energie zum Betrieb regelt, wobei eine erhöhte Energieaufnahme in einer Verringerung der Vibrationsintensität und eine verringerte Energieaufnahme in einer Er höhung der Vibrationsintensität resultiert.
4. Hochdruckwalzenpresse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung (170) zusätzlich nach der Energieaufnahme eines Walzenantriebs regelt, wobei eine erhöhte Energieaufnahme des Walzen antriebs in einer Verringerung der Vibrationsintensität und eine verringerte Energieaufnahme in einer Erhöhung der Vibrationsintensität resultiert.
5. Hochdruckwalzenpresse nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsvorrichtung (160) zusätzlich nach der Spaltbreite des Wal zenspaltes (W) geregelt wird, wobei eine vergrößerte Spaltbreite in einer Er höhung der Vibrationsintensität und eine verringerte Spaltbreite in einer Ver ringerung der Vibrationsintensität resultiert.
6. Hochdruckwalzenpresse nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vibrationsvorrichtung (160) zusätzlich nach der Neigung der Loswalze (120) zur Rotation um eine vertikale Achse (A) geregelt wird, wobei mit zu nehmender Drehschwingungsfrequenz der Loswalze (120) die Vibrationsin tensität erhöht wird und umgekehrt.
7. Hochdruckwalzenpresse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine manuelle Auslösevorrichtung für die Vibrationsvorrichtung (160) vorgesehen ist.
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